Transformadores de Aterramento – Projeto Elétrico, Projeto de Transformador e Projeto de Transformador de Distribuição

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O aterramento é claramente um dos aspectos mais importantes do projeto elétrico, mas continua a ser mal interpretado e mal compreendido. Milhões de dólares em responsabilidade e perda podem ser atribuídos ao arco de falha à terra; assim, questões relacionadas ao aterramento devem estar no topo das listas de verificação de qualquer eletricista.

Transformadores de aterramento:

Simplificando, um transformador de aterramento é usado para fornecer um caminho de aterramento para um sistema “Y” não aterrado ou conectado em delta. Os transformadores de aterramento são normalmente usados ​​para:

  1. Fornecer um caminho de impedância relativamente baixa para o terra, mantendo assim o sistema neutro no potencial de terra ou próximo dele
  2. Limitar a magnitude das sobretensões transitórias quando ocorrerem novas falhas de aterramento
  3. Fornecer uma fonte de corrente de falta à terra durante faltas linha-terra
  4. Permitir a conexão de fase para cargas neutras quando desejado

Se ocorrer uma única falta fase-terra em um sistema não aterrado ou isolado, não existe caminho de retorno para a corrente de falta, portanto, nenhuma corrente flui. O sistema continuará a operar, mas as outras duas linhas sem falta aumentarão a tensão pela raiz quadrada de 3, resultando em sobrecarga do isolamento do transformador e outros componentes associados no sistema em 173%. Os pára-raios MOV são particularmente suscetíveis a danos por aquecimento por vazamento através dos blocos, mesmo que o aumento de tensão não seja suficiente para causar um flash. Um transformador de aterramento fornece um caminho de aterramento para evitar isso.

Grandes parques eólicos multiturbinas são um exemplo do uso de transformadores de aterramento para proteção de faltas em linhas não aterradas. Em muitos parques eólicos, o transformador da subestação fornece a única fonte de terra para o sistema de distribuição. Quando uma falha de aterramento em um cabo coletor faz com que o disjuntor da subestação desse cabo abra, a coluna da turbina eólica fica isolada da fonte de aterramento.

As turbinas nem sempre detectam essa falha ou o fato de o string estar isolado e sem aterramento; assim, os geradores continuam a energizar o cabo coletor, e as tensões entre os cabos sem falta e o terra aumentam muito acima da magnitude de tensão normal, conforme descrito acima. Um transformador de aterramento colocado na coluna da turbina fornece um caminho de aterramento caso a coluna fique isolada do aterramento do sistema.

Construção:

Os transformadores de aterramento são normalmente construídos com

  1. Um enrolamento conectado em ZigZag (Zn) com ou sem enrolamento auxiliar ou
  2. Como um enrolamento conectado em estrela (Ynd) com um secundário conectado em delta que pode ou não ser usado para fornecer energia auxiliar

A geometria da conexão Zig-Zag é útil para limitar a circulação de terceiros harmônicos e pode ser usada sem um enrolamento conectado em Delta ou o projeto de núcleo de 4 ou 5 pernas normalmente usado para esse fim em transformadores de distribuição e potência. A eliminação da necessidade de um enrolamento secundário pode tornar essa opção menos cara e menor do que um transformador de aterramento de dois enrolamentos comparável. Além disso, o uso de um transformador Zig-Zag fornece aterramento com uma unidade menor do que um transformador Wye-Delta de dois enrolamentos, fornecendo a mesma impedância de sequência zero.

Os transformadores de aterramento conectados em estrela, por outro lado, exigem um secundário conectado em delta ou a aplicação de construção de núcleo de 4 ou 5 pernas para fornecer um caminho de fluxo de retorno para carga desequilibrada associada a esta conexão primária. Como muitas vezes é desejável fornecer energia auxiliar do enrolamento secundário do transformador de aterramento, esse benefício pode influenciar o usuário final a especificar um transformador de aterramento de dois enrolamentos em vez de uma conexão Zig-Zag. A tendência atual em projetos de parques eólicos é para o primário conectado em Wye com um secundário delta.

É importante entender que os transformadores de aterramento Zig-Zag e de dois enrolamentos podem ser fornecidos com a capacidade de fornecer energia auxiliar, e isso pode ser uma carga conectada em Wye ou Delta.

Um sistema solidamente aterrado usando um transformador de aterramento oferece muitas melhorias de segurança em relação a um sistema não aterrado. No entanto, o transformador de aterramento sozinho não possui a capacidade de limitação de corrente de um sistema de aterramento resistivo. Por esta razão, os resistores de aterramento neutro são frequentemente usados ​​em conjunto com o transformador de aterramento para limitar a magnitude da corrente de falta de aterramento neutro. Seus valores de ohm devem ser especificados para permitir um fluxo de corrente de falta à terra alto o suficiente para permitir uma operação confiável do equipamento de relé de proteção, mas baixo o suficiente para limitar os danos térmicos.

Como especificar um transformador de aterramento

Os parâmetros básicos necessários para cotar um transformador de aterramento são:

  • Tensão primária – Esta é a tensão do sistema à qual o enrolamento aterrado deve ser conectado. Não se esqueça de especificar o BIL também. Em alguns casos, o BIL será ditado por considerações de equipamentos, como classificações BIL de 150 kV em parques eólicos de 34.500 volts devido à limitação de conectores de frente morta.
  • KVA nominal – Como o transformador de aterramento é normalmente um dispositivo de curta duração, seu tamanho e custo são menores quando comparados com um transformador de serviço contínuo de igual classificação kVA. Por esta razão, transformadores de aterramento geralmente não são dimensionados por “kVA”, mas por suas classificações de corrente contínua e de curta duração. Independentemente de como você o classifica, o transformador de aterramento deve ser dimensionado para transportar a corrente de fase primária contínua nominal sem exceder seu limite de temperatura. Essa carga inclui a corrente de magnetização do núcleo, a corrente de carga capacitiva dos cabos e qualquer carga auxiliar, se aplicável. Quanto maior este valor, maior e mais caro será o transformador. Os valores típicos de corrente contínua podem ser tão baixos quanto 5 amperes até algumas centenas. Certifique-se de incluir quaisquer requisitos de carregamento auxiliar.
  • Corrente Neutra Contínua – A corrente neutra contínua é definida como três vezes a corrente fase-fase, ou seja, a corrente de seqüência zero. Isso geralmente é considerado zero se o sistema estiver balanceado. No entanto, para fins de projeto de um transformador de aterramento, é um valor que se espera que flua no circuito neutro sem desarmar os circuitos de proteção (o que forçaria a corrente a ser zero) ou a corrente de fuga para o terra que não é uma função simétrica . Novamente este valor é necessário para projetar a capacidade térmica do transformador de aterramento.
  • Corrente e duração da falha – Este valor é necessário para calcular o aquecimento de curta duração que resulta de uma falha no sistema e deve ser determinado a partir de um estudo de engenharia do sistema. Os valores típicos para isso variam de algumas centenas de amperes a alguns milhares de amperes com tempos de duração expressos em segundos e não em ciclos. Por exemplo, um valor de 400 amperes por 10 segundos é típico. A duração da falta é um parâmetro crítico para o projetista do transformador. Onde os esquemas de proteção usam o transformador de aterramento para funções de trip, uma duração de tempo relativamente curta é especificada (5 -10 segundos). Por outro lado, uma duração de corrente de falta de neutro contínua ou estendida seria necessária quando o transformador de aterramento é usado em um esquema de alarme de falta à terra.
  • Impedância – A impedância pode ser expressa em porcentagem ou em valor de ohm por fase. Em ambos os casos, deve ser escolhido de modo que as tensões de fase sem falta durante uma falta à terra estejam dentro da capacidade temporária de sobretensão do transformador e equipamentos associados, como pára-raios e conectores de terminal. Devido a essa descrição, os valores podem variar de 8% a quase 100%. Esse valor deve vir do designer do sistema.
  • Conexão do enrolamento primário – Especifique o tipo de conexão primária, Zig-Zag ou Wye aterrado.
  • Conexão secundária – especificar a tensão secundária e conexão quando aplicável. Especifique o tamanho da carga auxiliar a ser conectada para enrolamentos primários conectados em Zn ou Wye. Se a opção for ter um transformador de dois enrolamentos sem carga secundária, informe se o enrolamento delta pode ser “enterrado” (que não é retirado) ou se apenas uma bucha deve ser retirada para aterramento do tanque ou teste.

· Características gerais básicas de construção – observe os seguintes recursos conforme eles se aplicam a cada transformador

· Transformador Padmount compartimentado com compartimento integral à prova de violação ou design de subestação

· Exterior ou interior

· Tipo fluido – óleo mineral, silicone, Envirotemp FR3

· Conectividade – frente morta, frente viva, terminais tipo espada, localização dos terminais – tampa ou parede lateral, exposta ou fechada, etc

· Supõe-se que o aumento da temperatura seja de 65’C

· Elevação do local ou preocupações ambientais

· Pintura especial conforme necessário

· Resistores de Terra Neutro – A tensão nominal do NGR deve ser igual à tensão linha-terra do transformador de aterramento. A classificação de corrente e a duração devem corresponder às classificações do transformador de aterramento. Lembre-se de definir a classificação de corrente alta o suficiente para estar acima da corrente de carga do cabo e da corrente de magnetização do transformador de aterramento.



Source by Mike Dickinson

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